基于ARM 控制器的开关电源系统设计

石 冰

（湖南轻工高级技工学校，醴陵 412200）

0 引言

随着科技进步及各类电子产品、信息设备的精密程度不断提高，这些精密仪器对于工作电源的系统的各项指标的要求也越来越高，提高电源质量、保证电源可靠性、降低电源能耗等迫在眉睫。随着数字时代的到来，电源的设计也趋向于数字化和智能化控制，并要求能够实时处理大量的信息，以实现精确的控制和电压，电流，频率，相位，波形和其它参数的高效处理，以获得高性能的电源。

本设计以ARM 控制器为核心，通过控制数字电位器在UC3842上形成的反馈电压来调节输出电压或电流，达到了输出可调电压0.01V，电流0.01A，基本上实现了系统具有过压、过流、过载保护及电压、电流连续可调的功能，电压0～50V，电流0～40A，功率2kW。

1 硬件电路设计

系统硬件由芯片电源模块、EMI 和降压斩波模块、ARM 处理器模块及其外围器件、键盘和LCD 显示模块、保护模块等几部分组成。市电经变压器降压整流滤波后，由UC3842组成的降压斩波电路进行斩波得到所需的电压或电流，同时由反馈电路来稳压稳流，ARM 微处理器采集经采样模块处理的信号而得到真实电压值或电流值，同时将真实电压值或电流值与设定值比较，根据误差大小，由ARM 控制数字电位器的阻值来调节UC3842上所得到的反馈电压值，以此来调节输出电压或电流，使其与设定值最接近。电路框图如图1所示。

图1 基于ARM控制器的开关电源系统框图

1.1 电源电路设计

电源电路主要作用是为ARM 控制器、及各类芯片控制电路提供所需的工作电源。其主要由变压器电路，桥式整流电路，滤波电路及三端集成稳压电路78L05等构成，可以得到+5V 直流电源。对于电源要求较高的ARM 控制器、LCD 显示电路等，通过在+5V 直流电源的基础上接入SPX117M 芯片，便可得到+3.3V、+1.8V 的直流电源。

1.2 EMI 和降压斩波模块

当接通市电后，经整流获得的约300V 直流电压分两路分别加到UC3842的7脚和开关功率管的漏极。UC3842起振工作，从第6引脚输出开电压控制信号，经T2斩波和降压，最后经整流和滤波便得到直流输出电压。UC3842的2脚为取样输入，从输出端引入的反馈信号经TL431和光电耦合器4N35送入。当市电电压降低或负载加重引起输出电压降低时，光耦4N35使UC3842的第8脚电压升高，进而使第6脚宽度变宽。延长VT 的导通时间，传到次级绕组的电能增加，使输出电压升高，反之亦然。这样就能够使电源系统不受电网波动或负载变化的影响，保持输出电压恒定。当电路出现过大电流，此时开关功率管VT2的集电极电流将有较大的增加，通过电阻R24产生的电压大于1V 时，UC3842片内将PWM 调制器值置关闭状态，实现过流保护作用。如图2所示。

图2 EMI和降压斩波模块

1.3 键盘及LCD 显示电路

键盘采用4×4矩阵式键盘。16个按键的功能为：实现1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、小数点等数值的输入；实现“输入”、“确定”、“电流设置”、“电源设置”、“取消”的功能。LCD 采用带T6963C 控制内核的LD12864-12，可显示8192个中文汉字、128个字符。通过对ARM 的编程操作，可控制其显示相关参数。

2 软件设计

当系统进入主程序后，首先进行初始化，再对键盘进行扫描以确定电源工作状态，再根据键值进行各类操作以实现16个按键功能；下面描述的是主流程图和部分子流程图A/D 转换。如图3、图4所示。

图3 主程序流程图

图4 A/D转换流程图

3 结束语

本次设计统分利用ARM 处理器上丰富硬件资源和嵌入式软件资源，实时处理大量的数字化信息和监测电源的各种参数，很方便就能够加入上位机来对各个电源进行监控。利用单片开关电源UC3842对MOSFET 进行降压斩波，通过ARM 控制数字电位器改变在UC3842上的反馈电压，从而调节输出，理论上是能够达到设计目的。系统在人机交换方面采用LCD 显示、4×4键盘，提供了友好的人机交换界面，若加入操作系统进行功能扩展，就能够很方便对多个任务进行实时的控制。由于本人能力有限，本文若有不当之处，敬请各位专家批评指正。